Go同步原语与数据竞争:原子操作(atomic)

在Go并发编程中,当多个 goroutine 同时读写共享变量时,如果没有妥善同步,就会出现数据竞争(Data Race) 。Go 提供了 sync/atomic 包,用于实现轻量级的原子操作,避免使用锁所带来的性能开销。


一、什么是原子操作?

原子操作指的是在执行过程中不会被任何其他操作中断的操作。在多线程环境中,原子操作确保某个变量的读、写、加减等操作具有一致性和安全性。


二、常用原子操作函数

Go 的 sync/atomic 包支持以下常用操作,主要用于 int32int64uint32uint64unsafe.Pointer 等类型:

函数 说明
atomic.LoadInt32(&val) 原子读取值
atomic.StoreInt32(&val, new) 原子写入值
atomic.AddInt32(&val, delta) 原子加法(并返回新值)
atomic.CompareAndSwapInt32(&val, old, new) 原子比较并交换
同理还有 Int64Uint32Uint64Pointer 版本

三、使用示例

示例:并发计数器

go 复制代码
package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "sync/atomic"
)

func main() {
    var counter int32 = 0
    var wg sync.WaitGroup

    for i := 0; i < 1000; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            atomic.AddInt32(&counter, 1)
        }()
    }

    wg.Wait()
    fmt.Println("Final Counter:", counter) // 输出应该为 1000
}

这个例子中我们使用 atomic.AddInt32 来确保并发写入是安全的,避免了 race condition


四、CompareAndSwap:原子级条件更新

CompareAndSwap 是一个非常强大的函数,可用于实现无锁状态切换。

go 复制代码
var status int32 = 0

// 尝试将状态从 0 改为 1
if atomic.CompareAndSwapInt32(&status, 0, 1) {
    fmt.Println("切换状态成功")
} else {
    fmt.Println("状态已被修改")
}

如果当前值等于期望值,就会被新值替换;否则不做任何操作,适用于状态机、CAS 重试等场景。


五、原子 vs 锁

方面 原子操作(atomic) 锁(Mutex/RWMutex)
性能 极高(CPU级指令) 较低(涉及调度、抢占)
适用场景 简单计数、状态标记 复杂结构同步
编程复杂度 较高,易出错 较低,语义清晰
死锁风险 存在风险

六、使用注意事项

  • • 原子操作仅适用于简单变量的并发读写,如计数器、标志位。
  • • 不能对结构体、map、slice 等复杂类型直接使用。
  • • 原子操作不能和普通操作混用,否则仍可能产生竞态条件。
  • • 如需读写多个变量或复合结构,推荐使用 sync.Mutex

七、小结

  • sync/atomic 提供了高性能的原子操作,是无锁并发的核心工具。
  • • 适合用于计数器、自旋锁、状态标识等场景。
  • • 不适合管理复杂共享数据,不能代替所有同步手段。

相关推荐
PAK向日葵2 小时前
【算法导论】PDD 0817笔试题题解
算法·面试
uzong3 小时前
技术故障复盘模版
后端
GetcharZp4 小时前
基于 Dify + 通义千问的多模态大模型 搭建发票识别 Agent
后端·llm·agent
桦说编程4 小时前
Java 中如何创建不可变类型
java·后端·函数式编程
IT毕设实战小研4 小时前
基于Spring Boot 4s店车辆管理系统 租车管理系统 停车位管理系统 智慧车辆管理系统
java·开发语言·spring boot·后端·spring·毕业设计·课程设计
wyiyiyi5 小时前
【Web后端】Django、flask及其场景——以构建系统原型为例
前端·数据库·后端·python·django·flask
阿华的代码王国6 小时前
【Android】RecyclerView复用CheckBox的异常状态
android·xml·java·前端·后端
Jimmy6 小时前
AI 代理是什么,其有助于我们实现更智能编程
前端·后端·ai编程
AntBlack6 小时前
不当韭菜V1.1 :增强能力 ,辅助构建自己的交易规则
后端·python·pyqt
bobz9657 小时前
pip install 已经不再安全
后端